周洁敏
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第一部分-磁元件的磁路分析(二)
第一部分-磁元件的磁路分析(三)
第一部分-磁元件的磁路分析(四)
第一部分-磁元件的磁路分析(五)
第二部分-磁性材料的基本特性和基本参数(一)
第二部分-磁性材料的基本特性和基本参数(二)
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第二部分-磁性材料的基本特性和基本参数(一)

大家好,下面我们来介绍第二部分,磁性材料的基本参数及磁特性测量,先讲磁性材料的基本特性和基本参数。

本小结主要讲解5个方面的内容:

第一,磁性材料的基本特性

第二,磁性材料的基本参数

第三,磁芯损耗

第四,磁化曲线的测量和显示

第五,动态磁化

下面我们来介绍磁性材料的基本特性。

适合做开关电源的磁性材料,金属磁粉芯,带绕磁芯等。那么在介绍这些材料的特性前,先了解参数及其物理意义。

图左图所示,没有磁化的磁介质中的磁畴,完全是杂乱无章的。所以对外界不表现出磁性。我们再看右图,当磁介质置于磁场中时,特别当外界磁场还是较弱,随着磁场强度的增加,与外磁场方向相差不大的那部分磁畴逐渐转向外磁场方向,磁感应强度B随外磁场的增加而增加,到达了如右图中的a点,如果将外磁场H这个时候逐渐又减少到0,磁感应强度B仍然从A点退回到原点,所以这段时间磁畴分子发生了弹性的转动,这一段磁化是可逆的。

下面继续分析,请看左图。随着外磁场的增加,那些与外磁场方向相近的磁畴分子已经取向于外磁场方向,而那些以与外磁场方向相差较大的磁畴,克服了摩擦,也开始转向了外磁场方向。因此磁感应强度B随着H的增加急剧上升,如到了图中的b点,如果把这段曲线放大来看,曲线呈以阶梯状,这说明磁化过程是跳跃式进行的。这个时候如果减小外磁场,那么磁化特性曲线b不再回到原来的0点,这个过程是不可逆的。

我们再看我们再看右图,如果继续增大外磁场H,那么所有的磁畴分子已经与外磁场方向一致,所有的磁畴分子全部磁化,而b不再增加,这个过程我们称为饱和。磁性材料一旦饱和以后不再可逆。

为了描述铁磁物质的磁化过程,我们用磁化特性曲线来表示,磁化特性曲线的横轴是磁场强度H,纵轴是磁感应强度B。那么我们先看下图中的OA段,那个时候外磁场非常弱,磁畴分子开始磁化,磁畴可以弹性转动,而且可以退回到a点,这个过程是可逆的。我们再看磁性曲线的ab段,这个过程是不可逆的,是刚性转动。磁畴趋向于外磁场方向,如果把 ab段的磁化特性曲线放大以后,这曲线呈以阶梯状,那么曲线到了b点以后,大部分磁畴分子已经趋向于外磁场,从此即使在增加磁场强度H可以转动的磁畴分子越来越少,所以b者增加的速度比较慢。这在慈化特性曲线附近,我们称为磁化特性曲线的7步,也就7改的7,从b点进一步增加磁场强度,那么只有很少的磁畴可以转向,因此磁化特性曲线上升缓慢,直到基本停止,如图中c点为止,材料进入了所谓的饱和状态,随着磁场强度的增加,此通密度B增加非常少,在磁化特性曲线称为饱和等,那么这段磁化的过程也是不可逆的。

铁磁材料B和H的关系可以用下列设置来表示,也就是,其中是真空的磁导率,J磁化强度。那么从图中我们可以看到,图中的虚线是铁磁材料的磁化过程,图中下面的直线是磁化空气的磁化特性曲线,而它们两个相加,也就虚线和下面的直线相加,就得到了我们的磁化特性曲线,也就是图中的oabc这样的形状的磁化特性曲线。

下面我们来介绍饱和磁滞回线及其基本参数。如图所示,如果将铁磁物质以磁化曲线的os完全有去磁状态,磁化到饱和Bs,那么此时如果将外磁场H再减小,B值将不再按原来的初始磁化曲线 so减小,而是以更加缓慢的也较高的B值减小。这是因为发生了刚性转动的磁畴,保留了外磁场方向,即使h等于0,但b不等于0。也就是说有剩余的磁感应Br存在,这种磁化曲线与t值曲线不重合的特性,我们称为磁化的可逆性。而磁感应强度B的改变滞后于磁场强度H的现象,我们称为磁滞现象。此时如果要是B值进一步减小,必须加一个与原磁场方向相反的磁场强度H。

当反向的磁场强度H增加到-Hc,才能使磁介质之中的磁感应b等于0。但是这并不意味磁介质恢复了杂乱无章的状态,而是一部分磁畴能保留原磁化磁场方向。而另一部分在反磁场作用下,在B位外磁场方向两部分相等,合成磁场强度为0。

如果说-Hc增加反向的磁场强度,铁磁物质中反转的磁畴分子增多,反向的磁感应强度增加,随着-H值的增加,反向的B也增加,当反向的磁场强度增加到-Hs时,B达到了-Bs,也就达到了反向饱和。如果这个时候反向磁场强度H等于0,这将是B等于-Br。

如果要是-Br磁化0,必须增加一个正向的Hc,如果H在继续增加到Hs,这B达到了最大的BS,磁介质又达到了正向的饱和状态,这样子周而复始的磁化,形成了一个对原点O对称的回线,如图所示,我们称为饱和磁滞回线,或称为是最大磁滞回线。

如果将一个磁环接到正弦输入电压上面,那么进行策划,就可以在磁芯当中得到磁感应强度B的波形,如左图所示,如果磁场没有饱和,那么B是一个滞后于电压波形的一个正弦波。

下面我们来分析不同工作频率的情况下的磁化特性曲线。如图所示,分别画了直流、5000Hz,10000Hz三种工作频率下的磁化特性曲线。从特性曲线上我们可以看到三种工作频率下,它的饱和磁通密度 Bs是相同的,而角y类HC不同,工作频率越高,那么脚踝裂越大。换句话说,要想获得相同的B值,工作频率越高所需要的即时磁场强度H越大,也就是即时电流越大。

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  • 星球居民-spL2Js6V 2022-04-30 04:23
    感谢周老师的分享,持续学习
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